Heisenberg


Heisenberg

Werner Heisenberg

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Mécanique quantique
 \hat H | \psi\rangle = i\hbar\frac{{\rm d}}{{\rm d}t}|\psi\rangle
Postulats de la mécanique quantique

Histoire de la mécanique quantique

Physiciens
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Werner Karl Heisenberg (5 décembre 1901 à Wurtzbourg, Allemagne - 1er février 1976 à Munich) était un physicien allemand. Il fut l'un des fondateurs de la mécanique quantique.

Sommaire

Mécanique quantique

Il développa la première formalisation de la mécanique quantique, en 1925, en même temps qu'Erwin Schrödinger. Toutefois le formalisme mathématique était différent, Heisenberg utilisa une formalisation matricielle : la mécanique matricielle, alors que Schrödinger utilisa une approche par les équations différentielles. Ceci permit de penser, tout d'abord, que les théories étaient distinctes, mais l'année suivante, Schrödinger démontra l'équivalence mathématique des deux formulations. Heisenberg a redécouvert à l'occasion l'algèbre des matrices pour les besoins du calcul appliqué à l'expérimentation ; les matrices lui ont été enseignées ensuite par le physicien allemand Pascual Jordan[1].

Son principe d'incertitude, découvert en 1925, affirme que la détermination de certains couples de valeurs, par exemple la position et la quantité de mouvement, ne peut se faire avec une précision infinie. On peut le formaliser sous la forme d'un produit : Δpx Δxh où Δpx représente l'indétermination sur la quantité de mouvement et Δx l'indétermination sur la position. Ce produit ne peut être inférieur à la constante h/4π, et donc toute précision dans la mesure d'une des deux quantités se fait au détriment de l'autre. Cette incertitude n'est pas liée à la mesure, mais est une propriété réelle des valeurs en question : améliorer la précision des instruments n'améliorera pas la précision de cette mesure simultanée.

Heisenberg (vers 1927)

À partir de 1929, il travailla avec Wolfgang Pauli à l'élaboration de la théorie quantique des champs.

Il reçut le prix Nobel de physique en 1932 pour « la création de la mécanique quantique et de ses applications qui ont permis la découverte des formes allotropiques de l'hydrogène (l'orthohydrogène et le parahydrogène) ».

Après la découverte du neutron par James Chadwick en 1932, Heisenberg proposa le modèle proton-neutron du noyau atomique, et s'en servit pour expliquer le spin nucléaire des isotopes.

Son travail pendant la Seconde guerre mondiale

La fission nucléaire fut découverte en Allemagne en 1938. Heisenberg resta en Allemagne durant la Seconde Guerre mondiale et travailla sous le régime nazi. Il dirigea le programme allemand d'armement nucléaire au Kaiser Wilhelm Institut de Berlin, mais la réalité de sa collaboration est sujette à controverse.

Il révéla l'existence du programme à Niels Bohr lors d'une conférence à Copenhague en septembre 1941. Cette réunion mit fin à la très longue amitié entre Heisenberg et Bohr, qui rejoignit le projet Manhattan. Cependant, les Allemands ne réussirent pas à produire d'arme nucléaire.

Il y eut beaucoup de controverses pour savoir si Heisenberg avait vraiment tenté de ralentir le projet. Heisenberg, lui-même, affirma après la guerre qu'il aurait freiné ce programme s'il avait eu une chance de réussir. Le livre Heisenberg's War de Thomas Power, et la pièce de théâtre Copenhague de Michael Frayn exposent cette vision des choses.

En février 2002, on retrouve une lettre écrite par Bohr, mais jamais envoyée, datée 1957 et destinée à Heisenberg. Dans celle-ci, Bohr raconte qu'Heisenberg, lors de leur rencontre en 1941, n'exprima aucun scrupule moral concernant le projet allemand de bombe atomique, et qu'il avait passé les deux dernières années avant cette rencontre à travailler exclusivement sur ce projet. Il était convaincu qu'elle déciderait de l'issue de la guerre.

De nombreux historiens des sciences prennent cette lettre comme une preuve de l'implication d'Heisenberg dans le programme allemand, mais plusieurs personnes ont avancé l'hypothèse que Bohr n'avait pas compris les intentions d'Heisenberg lors de cette réunion.

Heisenberg écrivit plusieurs livres de vulgarisation, ainsi qu'un ouvrage intitulé Der Teil und das Ganze (La Partie et le Tout) à propos de sa vie, de son amitié avec Bohr et de l'évolution de la physique quantique.

Publications

  • Les principes physiques de la théorie des quanta, Gauthier-Villars (1932). Réédition par Jacques Gabay (1989) ISBN 2-87647-080-2
  • La nature dans la physique contemporaine, Gallimard 1962, réédition en 2000 chez Gallimard, collection Folio Essais.
  • La partie et le tout - Le monde de la physique atomique, Albin Michel (1972). Réédité dans la collection Champs (215), Flammarion (1990) ISBN 2-08-081215-7
  • Le manuscrit de 1942, Allia (2003). ISBN 2-84485-116-9

Bibliographie

  • David C. Cassidy ; Uncertainty - The life & science of Werner Heisenberg, Freeman & Co. (1992) ISBN 0-7167-2503-7
  • Gerd W Buschhorn & Julius Wess (Eds); Fundamental Physics - Heisenberg and Beyond, Springer-Verlag (2004), ISBN 3-540-20201-3. Ouvrage publié à l'occasion du colloque pour le centenaire de la naissance d'Heisenberg, intitulé : Developments in Modern Physics.
  • Elisabeth Heisenberg ; Heisenberg - Le Témoignage de sa femme, collection Un savant, une époque, Belin (1990), ISBN 2-7011-1058-0

Notes et références

  1. Alain Connes, Triangles de Pensées, Editions Odile Jacob, p.72.

Voir aussi


Précédé de :
Sir Chandrashekhara Venkata Râman
Prix Nobel de physique
1932
Suivi de :
Paul Adrien Maurice Dirac, Erwin Schrödinger


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